中南大学工程地质学复习.doc

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1、工程地质学复习概述第一章 岩石与地质构造第一节主要造岩矿物矿物天然生成的，具有一定物理性质与化学成分的物质,是组成地壳的根本物质单位。一矿物的分类结晶质矿物、非结晶质矿物玻璃质矿物、胶体质矿物二矿物的形态单体形态：片状、鳞片状，如云母、绿泥石等。板状；柱状；立方体状；菱面体状；菱形十二面体状。另有多面体状与针状。集合体形态：显晶集合体；隐晶、胶态集合体三矿物的光学性质颜色是矿物对光线吸收与反射的物理性能。条痕是指矿物粉末的颜色。光泽矿物外表对光的反射能力。金属光泽；半金属光泽；非金属光泽透明度矿物透光能力的大小。四矿物的力学性质硬度矿物的硬度是指矿物抵抗外力刻划的能力。解理矿物被敲打后，沿一定

2、方向规那么破裂的性质断口完全不具有解理性的矿物，在锤击后沿任意方向发生不规那么断裂，其断裂面称为断口。第二节岩 石岩石是在地壳中按一定规律，由一种或几种矿物共生组合在一起所形成的天然集合体。根据岩石的成因类型，岩石可以分为三类：岩浆岩炽热的岩浆液体，自地下深处上升，由于温度降低，结晶而成的固体。沉积岩由堆积与压密作用而形成的岩石。变质岩当温度上升或压力增大，或二者兼有时，可由任何类型的原岩形成。岩浆岩一、岩浆岩的形成过程岩浆：地壳下面存在着的处于高温高压下的，以硅酸盐为主的熔融状态的物质。 岩浆岩：岩浆沿着地壳薄弱带侵入地表或喷出地表，随着温度降低，最终冷凝而成的岩石。 岩浆作用：受地壳运动的

3、影响，岩浆沿着地壳中薄弱、开裂的地带向地表方向运动的作用。侵入作用岩浆上升未达地表，在地壳中逐渐冷凝的作用喷出作用岩浆上升，冲出地表而冷凝的作用岩浆岩的根本类型侵入岩：深成岩3km一般具有粗粒构造 ； 浅成岩3km一般具有中粒构造喷出岩：一般为细粒构造、微晶构造或隐晶构造二、岩浆岩的地质特性一岩浆岩的构造1.按结晶程度可分为：全晶质构造、玻璃质构造、半晶质构造2.按矿物颗粒绝对大小可分为：显晶质构造伟晶构造，粒径10mm；粗粒构造，粒径5mm；中粒构造，粒径25mm；细粒构造，粒径0.22mm；微粒构造，粒径0.2mm隐晶质构造3.按矿物颗粒的相对大小可分为：等粒构造、不等粒构造、斑状及似斑状

4、构造二岩浆岩的构造：块状构造、流纹状构造、气孔状构造、杏仁状构造、珍珠构造、绳状构造、枕状构造三岩浆岩的矿物成分：最常见的是石英、正长石、斜长石、黑云母、角闪石、辉石、橄榄石等几种矿物。沉积岩一、概念：指在地表或接近地表的常温、常压条件下，由原岩经风化破碎、搬运、沉积与成岩等作用而形成的岩石。二、沉积岩的形成过程母岩的风化破碎作用、沉积物的搬运作用与沉积作用、沉积物的成岩作用三、沉积岩的地质特性一沉积岩的构造碎屑构造、泥状构造、化学构造、生物化学构造二沉积岩的构造岩层：在地质特性上与相邻层不同的沉积层。夹层：夹在厚层中间的薄层称为夹层。层的尖灭与透镜体：假设岩层在横向延伸方向不大的范围内，一侧

5、逐渐变薄而消失，称为层的尖灭；假设两侧均尖灭时，那么称为层的透镜体。层面：分隔不同性质岩层的分界面。可以是平面，但大多是曲面。中厚层0.10.5m 薄层0.001m0.1m 微层0.001m 层理：指一个岩层中矿物或岩屑的颗粒大小、形状、成分与颜色不同的层交替时显示出来的纹理。水平层理、单斜层理、交织层理、波状层理层面构造：在沉积岩岩层层面上往往保存有反映沉积岩形成时的流体运动，自然条件的变化所遗留下来的痕迹，称为层面构造。顶面构造波痕、泥裂、鸟足迹、虫痕、雨痕、脚印底面构造底冲刷、槽模结核：指包裹在沉积岩体中某些矿物集合体的团块。其成分、构造、颜色等一般与围岩不同。化石：指埋置在沉积岩中的各

6、地质时期古生物的遗体与遗迹，是沉积岩独有的构造特征，是研究地史、生物进化的重要依据。 三沉积岩的矿物成分常见矿物：石英、长石、白云母特有矿物：盐类矿物、碳酸盐矿物、粘土矿物、生物组分几乎无：橄榄石、辉石、角闪石与黑云母四、沉积岩分类：碎屑岩类碎屑胶结物杂质：角砾岩、砾岩、砂岩粘土岩类主要是粘土矿物组成，粘土矿物颗粒直径常小于，含量50%化学岩及生物化学岩变质岩一、变质岩的形成过程变质作用指原岩根本上在固态下，主要由于温度、压力及化学活动性流体的作用，而使其成分、构造、构造等发生变化的地质作用。变质作用的影响因素：温度一般在150900压力上百GPa到上千Gpa化学活泼性流体发生化学交替或分解作

7、用，形成新矿物变质作用的主要类型：接触变质作用、交代变质作用、动力变质作用、区域变质作用二、变质岩的地质特性一变质岩的构造压碎构造：碎裂构造、 碎斑构造 、糜棱构造 变晶构造变质程度较深，矿物重结晶较好，根本为显晶，是多数变质岩的构造特征变余构造变质程度浅，重结晶作用不完全，原岩的构造特征，可局部残留下来二变质岩的构造片理构造板状构造、千枚状构造、片状构造、片麻状构造、块状构造三、变质岩分类 ：动力变质岩类、接触变质岩类、区域变质岩类、交代变质岩类第三节地质年代一、绝对年代法二、相对年代法：是通过比拟各地层的沉积顺序、古生物特征与地层接触关系来确定其形成先后顺序的一种方法。三、相对年代确实定方

8、法地层层序法、生物演化律法在不同层位的岩层中包含的化石各不一样、在不同地区含有一样化石的地层属于同一时代、地层接触关系法第四节 地质构造地质构造就是指缓慢而长期的地壳运动使岩石发生变形，产生相对位移，形变后所表现出来的种种形态。地壳运动及地质作用地壳运动主要是指由地球内力引起岩石圈的变形、变位以及洋底的增生与消亡的作用。地质作用是指由自然动力引起地球的物质组成、内部构造与地表形态发生变化的作用。主要表现为对地球的矿物、岩石、地质构造与地表形态等进展的破坏与建造作用。各种地质作用内、外：一方面不断地破坏原有的物质成分矿、岩，地质构造与地表形态。另一方面又不断地形成新的物质成分矿、岩，地质构造与地

9、表形态。破坏建立再破坏再建立，循环反复，促使地壳不断的变化与开展。岩层及岩层的产状一、岩层：由同一岩性组成的，有两个平行或近于平行的界面所限制的层状岩石。二、岩层产状：岩层在地壳中的空间方位。是以岩层面的空间方位及其与水平面的关系来确定的。三、岩层的露头形态与宽度：决定于岩层产状、地形及二者的相互关系。水平岩层的露头分布形态，完全受地形的影响，在地质图上，其地质界限与地形等高线平行或重合。直立岩层的地质界限是沿其走向作直线延伸，不受地形影响。倾斜岩层露头分布形态那么较复杂，表现出地质界限与等高线相交的曲线延伸，并有一定规律，当其穿过沟谷或山脊时，露头线均呈“V字形，故此规律又称为V字形法那么。

10、假设地层没有倒转，地质界限V字形尖端沟谷处指向新地层，山脊处指向老地层。V字形法那么适用于岩层界面、断层面、不整合面等露头线的分布形态。四、地层的接触关系 地层在一定地质时代内形成的一套岩层统称为那个时代的地层。 地层的接触关系指上下地层之间在空间上的接触形式与时间上的开展状况。整合接触：上下两套地层连续沉积，产状也根本相似的的接触关系。时代连续，没有连续；上下岩层的产状根本平行一致；地壳相对稳定，沉积环境持续稳定不整合接触存在沉积连续：平行不整合上下岩层的产状根本平行一致；在两套地层之间缺失了一些时代的地层，存在沉积连续；这一地史时期地壳曾经发生过显著的升降运动角度不整合上下岩层的产状不平行

11、；在两套地层之间缺失了一些时代的地层，存在沉积连续；发生过显著的水平运动与升降运动褶皱构造一、褶皱构造的类型一复背斜与复向斜 二隔挡式褶皱与隔槽式褶皱五、褶皱构造的识别一褶曲的野外观察法1. 通过横向、纵向的观察，找地层界限、断层线、化石等，观察岩层是否有对称重复出现的现象；2. 比拟核部与两翼岩层的新老关系，比拟两翼岩层的走向与倾斜；3. 研究两翼相当层的平面形态。二褶皱内部构造的认识顺层剪切褶皱、层面擦痕、牵引褶皱、虚脱现象与鞍状矿体六、褶皱的形成时代介于参加褶皱的最新地层与上覆未褶皱的最老地层之间。七、褶皱的工程意义根据褶皱两翼对称重复的规律，在褶皱的一侧发现沉积型矿层时，可预测在另一侧

12、也可能有相应的矿层存在；石油常储存在背斜的顶部。除此以外，背斜核部的岩层常常较为破碎，如果水库位于此就易于漏水，工程建立时必须注意到这一点。断裂构造断裂构造指岩层受构造运动的作用，当所受的构造应力超过其破裂强度时，岩石或岩块失去连续性而产生断裂的地质构造。一、节理一节理分类1按与岩层产状的关系分为：走向节理、倾向节理、斜交节理2按力学性质分类：剪节理由剪应力产生的破裂面特征：长、大、平直光滑，延伸稳定，常常呈“X型，可切穿砾石；张节理由张应力产生的破裂面特征：短、小、粗糙不平，延伸不远，常呈豆荚状、树枝状，常绕开砾石3按节理成因分类：原生节理、构造节理、表生节理4按节理与褶皱轴的关系分类：纵节

13、理、斜节理、横节理二节理发育程度分级依据：节理的组数、密度、长度、张开度及充填情况节理不发育：节理12组，规那么，为构造型，间距在1m以上，多为密闭节理，岩体切割成大块状节理较发育：节理23组，呈X形，较规那么，以构造型为主，多数间距大于0.4m，多为密闭节理，局部为张开节理，少有充填物，岩体切割成大块状节理发育：节理3组以上，不规那么，呈X型或米字型，以构造型或风化型为主，多数间距小于0.4m，大局部为张开节理，局部有充填物，岩体切割成块石状节理很发育：节理3组以上，杂乱，以风化与构造型为主，多数间距小于0.2m，以张开节理为主，有个别宽张节理，一般均有充填物，岩体切割成碎裂状三节理的工程地

14、质研究观测研究节理时，首先应注意节理的性质、矿化现象、先后次序、空间的相互关系与形成的时代，其次是原地岩石性质，产状与所处的构造部位。四节理调查研究的内容1. 节理的成因类型、力学性质； 2. 节理的组数、密度与产状； 3. 节理的张开度、长度与节理面壁的粗糙度； 4. 节理的充填物质及厚度、含水情况； 5. 节理发育程度分级。五节理对工程的影响1是地下水的通道。加速岩石的溶解破坏，尤其在可溶盐地区易形成溶洞，发育成为地下暗河； 2加速风化作用与冻胀作用； 3降低岩石力学强度，降低工程的稳定性； 4降低爆破效率； 5降低地基承载力。二、断层一断层的分类1根据断层两盘相对运动的方向分为：正断层：

15、上盘相对下降或下盘相对上升的断层。逆断层：上盘相对上升或下盘相对下降的断层。辗掩断层一般规模巨大，常有时代较老的地层被推覆到时代新的地层之上，形成推覆构造。逆冲推覆构造发育地区遭受强烈侵蚀切割，将局部外来岩块剥蚀掉而露出下伏原地岩块。在一片外来岩块中露出一小片由断层圈闭的原地岩块，常常是较老地层中出现一小片由断层圈闭的较年轻地层，这种现象称为构造窗。如果剥蚀强烈，外来岩块被大片剥蚀，只残留小片孤零零的外来岩体，称为飞来峰。飞来峰表现为原地岩块中残留一小片由断层圈闭的外来岩块，常常是较年轻的地层中残留一小片由断层圈闭的较老地层。飞来峰常常成为陡立的山峰。 平移断层：两盘沿断层走向相对移动的断层。

16、二断层的野外鉴别与研究1构造上的标志构造线不连续2地层上的标志地层的重复或缺失3断层的伴生现象牵引弯曲、擦痕、摩擦镜面、滑动槽子等也是帮助判断断层存在的标志4地貌、水文地质与植被上的标志 (1)断层崖、断层三角面、大裂谷(2)串珠状的湖泊或洼地，泉水的带状分布，常说明有大断带存在(3)正常延伸的山脊突然错断，正常流径的河流突然产生急转弯断层两盘相对平移(4)植物也可作为参考，有时沿断层两侧因岩性不同，而生长截然不同的植物群落，有时那么在断层带上生长着特殊的植物四断层两盘相对运动方向的判别1. 根据两盘地层的新老关系2. 褶曲核部地层宽度的变化：背斜上升盘核部地层变宽；向斜上升盘核部地层变窄3.

17、 根据牵引现象：牵引现象的弧形突出弯曲方向指示本盘运动方向4. 根据标志层的错动 5. 断层角砾6. 擦痕断面上平行而密集的沟纹与阶步擦痕及镜面末端常出现的“坎镜面断面上局部平滑而光亮的面7. 符号在地质图上，断层一般用粗红线醒目地标示出来，断层性质用相应符号表示五确定断层的形成时期利用不整合接触关系；利用断层与各类地质体的切割关系六研究断层在工程上的意义：1断层可增大岩石的透水性与含水性；断层的穿插处常是地下水出露的地段；2断层可以降低岩石的巩固性与稳定性，造成隧道工程、矿井工程或坝基等塌陷的危险。地质构造对工程建筑物稳定性的影响一、边坡与地质构造的关系边坡中的各种构造面对斜坡稳定性有着重要

18、的影响。特别是软弱构造面与斜坡临空面的关系，对斜坡稳定起着很大作用。1. 平叠坡：主要软弱构造面为水平的。这种斜坡一般比拟稳定。2. 顺向坡：软弱构造面的走向与边坡面的走向平行或比拟接近，且倾向一致的边坡。边坡倾角小于岩层倾角时稳定，反之不稳定3. 逆向坡：软弱构造面的倾向与坡面倾向相反，这种边坡一般是稳定的。4. 斜交坡：软弱构造面与坡面走向成斜交关系。其交角越小，稳定性越差。5. 横交坡：软弱构造面的走向与坡面走向近于垂直。这类边坡稳定性较好，很少发生大规模的滑坡。二、隧道与地质构造的关系1.水平或倾斜不大的岩层：较坚硬的厚层岩层中较为稳定、软硬相间的岩层中易发生坍方。2.直立岩层：坚硬岩

19、层、地下水很少，一般是较稳定的；层薄又有软弱夹层，只要有少量的地下水活动，也会造成较大的地层压力，将有掉块与坍塌冒顶的可能。3倾斜岩层：岩层倾斜角度的大小与岩层的性质是影响隧道稳定性的关键因素岩层倾角较大且有软弱夹层时易发生顺层滑动。4褶曲：在褶曲地段修筑隧道，最好选在翼部通过或横穿褶曲轴。在选线中对于千枚岩以及粘土岩等地层的褶曲层，应予避开。因为这些岩层石墨化后形成滑面，易引起滑塌。5断层：应尽量避开大断裂带；假设条件不允许时，线路中线也应与断层走向尽量直交。三、桥基与地质构造的关系1桥墩位置的布置：桥墩一般不宜放置在断层破碎带上。2桥基的稳定性岩层的产状、偏力、断层破碎带、软弱带对桥基的稳

20、定性有很大影响1当岩层产状倾向下游，其中又有软弱夹层时会因水的冲蚀影响到根底的稳定性，如果软弱夹层较厚，会使根底受力不均，产生不均匀沉陷以致发生破裂现象；2假设地基位于断层破碎带，一般是不稳定的，应加以特别处理，否那么会出现不均匀沉陷或产生根底滑动；3当两种不同岩层接触，其接触面较陡时，根底最好设计在单一岩层上，因接触面一般是软弱带。地质图一、各地质因素在地质图上的反映一地层岩性及地质构造等1水平岩层：地形等高线与地质界限平行或重合，呈带状分布；2倾斜岩层：遵从V字形法那么；3直立岩层：在地质图上表现为一条不受地形影响的直线；4褶皱岩层：地质界限切割地形等高线5、断层：在地质图上通常用红色的或

21、较粗的线醒目地表示断层，在断层线上，一般还用符号说明断层的类型与产状。二各种接触关系在地质图上的表现1整合接触：时代连续，地质界限呈平行带状分布；2平行不整合：时代不连续，地质界限呈平行带状分布；3角度不整合：新地层的地质界限遮断了老地层的地质界限，中间有地层缺失；4侵入接触：侵入体的界限破坏了围岩界限的完整性；5沉积接触：沉积岩的露头界限折断了侵入体的边界限。1水平枢纽，轴面倾斜，P2之后形成的倾斜背斜；2F1断层，逆断层45，属冲断层，在背斜后形成，形成于P2之后，J之前；3接触关系：整合：CP1，P1P2 平行不整合：O2，O2C 角度不整合：P1J，P2J，P2K，CJ，JK第五节岩石

22、与岩体的工程性质一、岩石的工程性质1、物理性质：密度与重度：、sat、d 、sat、d 等颗粒密度s与比重ds：ds=s /w孔隙比e与孔隙度n：裂隙率KT、s，n、e，岩石的工程性质2、风化作用地表及地面以下一定深度的岩石，在气温变化、水溶液、气体及生物等各种营力的作用下，逐渐产生裂隙、发生机械破碎与矿物成分的改变，丧失完整性的过程。1物理风化：岩石在自然因素作用下，发生机械破碎，而无明显的成分改变岩石的热胀冷缩、冰劈作用、盐类结晶的撑裂作用、岩石的释荷。2化学风化：地表岩石受水、氧及二氧化碳的作用而发生化学成分的变化，发生破碎并产生新矿物的作用溶解作用、水化作用、水解作用、氧化作用、碳酸化

23、作用。3生物风化：由于生物的活动对岩石与矿物所引起的破坏作用，包括机械破坏与化学破坏。影响岩石风化的因素：、岩石成因：岩石的形成环境与目前所处的环境的差异小，那么抵抗风化的能力就强，反之那么容易风化。沉积岩岩浆岩与变质岩沉积岩：碎屑岩化学岩与生物岩 岩浆岩：酸性岩基性岩 变质岩：浅变质深变质3、矿物成分岩浆岩抗风化能力的强弱与矿物从岩浆中分异出来的顺序相反；单矿岩的抗风化能力强于复矿岩；浅色矿物如正长石抗风化能力强于暗色矿物如：橄榄石等；同种元素在不同的矿物中抗风化能力不同如石灰岩中的Ca易风化，而斜长石中的Ca相对难风化。4、构造与构造从构造上看，抗风化能力：均匀、细粒构造粗粒构造；等粒构造

24、斑状构造；隐晶质岩石最不易风化； 基底式胶结孔隙式胶结； Si质胶结Ca质胶结泥质。从构造上看，抗风化能力：致密的块状岩石各向异性的层理、片理状岩石；厚层岩石薄层状岩石。5、地质构造：褶曲轴部、断层破碎带及其附近裂隙密集的地方，岩石易风化。影响岩石工程性质的主要因素：1.岩石性质：成因、矿物成分、构造、构造 2.地质构造；3.风化作用风化的程度；4.水的作用天然的溶剂 天然的润滑剂防治风化的措施：1.向岩石孔隙、裂隙中注浆，提高岩石的整体性与强度；2.在岩石外表喷抹水泥砂浆、沥青或用石灰水泥砂浆封闭岩面；3.去除厚度不大的严重风化层；4.假设严重风化层厚度较大不能全部去除时，对于地基工程可采用

25、桩基穿透风化层落在新鲜岩石上；边坡、隧道工程可根据风化层厚度与风化程度采用加强支护、支挡、衬砌等措施。二、岩体工程地质特性整体块体状构造：强度高,各向同性,抗风化能力强.层状构造：强度较高,各向异性,层间滑动.碎裂构造：强度低,完整性差. 散状构造：强度最差,碎石类土,各向异性.第三章 地下水一地下水的两种存在形式：岩石“骨架中的水：矿物结合水，如沸石水、结晶水与构造水。岩石空隙中的水：结合水吸着水、薄膜水、重力水、毛细水、固态水与气态水。1.气态水：水蒸气状态。不能直接被利用，也不能被作物吸收，但通过自身的迁移与蒸发凝结可以改变地下水的分布。2.结合水：由于静电引力作用，吸附在岩石颗粒外表的

26、水。根据结合的严密程度的不同，结合水可分为吸着水与薄膜水吸着水强结合水：吸附在岩石颗粒的外表较近处特点：a、水在岩石颗粒外表结合非常严密，吸附力达10000个大气压，近似于固态，不同于一般的液态水。b、很难用机械的方法把它与颗粒分开，只有当空气中的饱与差很大或105才能将他们分开c、不受重力支配，不能溶解盐类，不能导电、不能传递静水压力d、密度大，3e、水量小，不能被植物吸收f、具有极大的粘滞性与弹性薄膜水弱结合水：吸附在岩石颗粒的外表较远处特点：a、水分子离岩石颗粒外表越远，结合力越小。b、当空气相对湿度到达饱与时，能将他们分开c、不受重力支配，不能导电、不能传递静水压力d、密度与普通水差不

27、多，但具有极大的粘滞性e、有较低的溶解盐能力结合水的含量取决于岩石颗粒的外表积，岩石颗粒越细，颗粒的外表越大，结合水含量约大；反之，越小。3.毛细水半自由水存在于细小的裂隙与孔隙中的水，不受颗粒外表的静电应力影响，但受外表张力与重力影响。4.重力水研究的主要对象在重力作用下能自由活动的地下水5.固态水冰二岩石的水理性质1.容水性岩石容纳水的能力2.持水性岩石保持水的能力，依靠分子引力与毛细力3.给水性岩石排出水的能力4.透水性岩石透过水的能力透水性取决于：岩石空隙的大小；孔隙的多少及形状；颗粒的分选程度。颗粒越大，分选性越好，透水性越强；反之，越差。衡量指标：渗透系数K透水岩石-砂、砾石、卵石

28、、裂隙与溶隙发育的坚硬岩石半透水岩石-粉质粘土、粉土、黄土、裂隙与溶隙不太发育的坚硬岩石不透水岩石-粘土、淤泥、裂隙与溶隙不发育的坚硬岩石三含水层与隔水层含水层：能透过并给出相当数量水的岩层。隔水层：不能透出并给出水，或透出给出水量较小的岩层。构成含水层的根本条件：a、岩层具有容纳重力水的空隙先决条件b、有储存与聚集地下水的地质条件空隙岩层下有隔水层，使水不能下漏；水平方向有隔水阻挡，以免水全部流空c、具有充足的补给来源补给来源决定了含水量的多少与供水保证程度四地下水对建筑工程的不良影响主要有：1、降低地下水会使软土地基产生固结沉降 ； 2、不合理的地下水流动会诱发某些土层出现流砂现象与 机械潜蚀；3、地下水对位于水位以下的岩石、土层与建筑物根底产生浮托作用；4、某些地下水对钢筋混凝土根底产生腐蚀。土的相关物理性质系数的换算关系：第 21 页